(57)【要約】      （修正有）【課題】短絡している間に超伝導材料に沿って十分に高い電場を短時間で形成する分流器を備えた超伝導電流制限部品を、簡素で安価な方法で製造する方法を提供する。【解決手段】超伝導電流制限部品はセラミック製高温超伝導材料から作製されるコイル１を含み、そのコイル１の外表面の周囲に第２のコイル３が分流器として備えられ、そして特にここでセラミック製高温超伝導材料から作製されるコイル１がセラミック製高温超伝導材料から作製される中空シリンダー体上に備えられる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック製高温超伝導材料で作製された第１コイル(1)を含む超伝導電流制限部品であって、該セラミック製高温超伝導材料で作製された第１コイル(1)の外表面周囲に第２のコイル(3)が並列分流器及び同時にトリガーコイルとして配置されていることを特徴とする、超伝導電流制限部品。
【請求項２】
セラミック製高温超伝導材料で作製された第１コイル(1)内部に、セラミック製高温超伝導材料で作製された中空シリンダー体(2)が挿入されていることを特徴とする、請求項１に記載の超伝導電流制限部品。
【請求項３】
第１コイル(1)と中空シリンダー体(2)が共に同じセラミック製高温超伝導材料で作製されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の超伝導電流制限部品。
【請求項４】
前記セラミック製高温超伝導材料がBi-Ae-Cu-O、(Bi,Pb)-Ae-Cu-O、及び(Y,RE)-Ae-Cu-Oに基づく（ここで、Aeは、Ba、Ca及び／又はSrの１以上を意味し、そして、ここでREは、元素Y又はY、la、Lu、Sc、Sm、NdもしくはYbの２又はそれ以上の組み合わせから選択される希土類元素の１以上を意味する。）セラミック酸化物超伝導体から選択されることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の超伝導電流制限部品。
【請求項５】
前記セラミック製高温超伝導材料がBSCCO-2212及びB(Pb)SCCO-2212から選択されることを特徴とする、請求項４に記載の超伝導電流制限部品。
【請求項６】
前記セラミック製高温超伝導材料がYBCO-123であることを特徴とする、請求項４に記載の超伝導電流制限部品。
【請求項７】
第1のコイル(1)及び／又は中空シリンダー体(2)が溶融鋳造成形体から得られることを特徴とする、請求項１ないし６のいずれか１項に記載の超伝導電流制限部品。
【請求項８】
第1のコイル(1)及び／又は中空シリンダー体(2)がYBCO-123に基づく薄いフィルム（該フィルムはYBCO-123に基づく被覆された伝導体も含む。）から得られることを特徴とする、請求項１ないし７のいずれか１項に記載の超伝導電流制限部品。
【請求項９】
超伝導電流制限部品が更に少なくとも１の支持エレメント(5)を含むことを特徴とする、請求項１ないし８のいずれか１項に記載の超伝導電流制限部品。
【請求項１０】
少なくとも１の支持エレメント(5)が第1のコイル(1)と中空シリンダー体(2)の間に配置されていることを特徴とする、請求項９に記載の超伝導電流制限部品。
【請求項１１】
第２のコイル(3)がラッカー塗装された金属ワイヤーで作製されていることを特徴とする、請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の超伝導電流制限部品。
【請求項１２】
少なくとも１の環状カットが中空シリンダー体(2)の軸に垂直方向にもたらされていることを特徴とする、請求項２ないし１１のいずれか１項に記載の超伝導電流制限部品。
【請求項１３】
複数の超伝導電流制限部品が互いに直列及び／又は並列に接続されていることを特徴とする、請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の超伝導電流制限装置。
【請求項１４】
セラミック製高温超伝導材料で作製された第１コイル(1)上に第２コイル(3)が並列分流器として備えられている、超伝導電流制限部品の製造方法。
【請求項１５】
セラミック製高温超伝導材料で作製された第１チューブ上に、セラミック製高温超伝導材料で作製された第２チューブを備え付け、第１コイル(1)を得るために該第２チューブをコイル形状にカットし、そして第1コイル(1)の周囲に並列分流器として第２コイル(3)を配置させることを特徴とする、請求項１４に記載の超伝導電流制限部品の製造方法。
【請求項１６】
第１及び／又は第２チューブ用に、溶融鋳造成形体が用いられることを特徴とする、請求項１５に記載の超伝導電流制限部品の製造方法。
【請求項１７】
前記セラミック製高温超伝導材料がBSCCO-2212及びB(Pb)SCCO-2212から選ばれることを特徴とする、請求項１４ないし１６のいずれか１項に記載の超伝導電流制限部品の製造方法。
【請求項１８】
第１及び／又は第２チューブの作製用に、YBCO-123に基づく薄いフィルム（該フィルムはYBCO-123に基づく被覆された伝導体も含む。）が用いられることを特徴とする、請求項１４ないし１７のいずれか１項に記載の超伝導電流制限部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超伝導電流制限部品、特に自己トリガである抵抗性セラミック製高温超伝導電流制限部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
超伝導材料、特にセラミック製高温超伝導材料は、迅速で効果的な電流制限、自動復帰、平常運転における無視しうるほどのインピーダンス、及び高電圧での適用を可能にする漏電制限器として大きな潜在性を有している。
高温超伝導材料に基づく電流制限器は、本質的に抵抗を有しない超伝導状態から少なくとも臨界温度(Tc)、臨界磁場(Hc)又は臨界電流(Ic)の少なくとも1つを超過する場合に通常の伝導状態に切り替わる超伝導体の性質を利用している。
【０００３】
例えば、故障(fault)の場合には、超伝導材料を通して流れる電流は、大きなサージ電流によって超伝導材料の臨界電流を超え、そして超伝導材料は、超伝導状態から通常の伝導状態への転移を受ける。この転移は、またクエンチングと呼ばれる。良好な操作のためには、電流制限事象後に、超伝導体が、その超伝導状態に復帰する能力を有する必要がある。
超伝導電流制限器の異なる態様が知られている。いわゆる抵抗性(オーム)の制限器においては、超伝導エレメントが通常の伝導性になる。漏電事象が生じたときに、生じる抵抗は電流を制限する。
【０００４】
また、いわゆる誘導電流制限器がさらに知られている。漏電の場合に、誘導電流制限器は、しきい値レベル以下に漏電を制限する、高いインピーダンスを与える。
例えば、特許文献１には、交流の誘導電流を制限する装置が開示されている、この場合、電流が銅製の誘導コイルを流れるのを制限している。
高温超伝導材料の中空のシリンダーは、このコイルの内部に配置され、そして高い透磁性を備えた軟磁性材料が同心円状的に内側に配置されている。通常の操作(定格電流)においては、中空シリンダー状の超伝導体が、コアから完全に誘導コイルの磁場を遮蔽し、そして誘導コイルのインピーダンスが非常に低いレベルに保持される。
漏電電流が誘導コイルを通して流れる場合、中空シリンダー体の超伝導は消滅し、そして誘導コイルのインピーダンスが最大の電流制限値に到達する。
【０００５】
すべての異なる制限器の概念において、クエンチの期間に増加する抵抗により、超伝導材料は、その長さ方向に沿って加熱される。
しかしながら、実際には超伝導体が作製される超伝導の材料は、超伝導体が全体にわたって完全に均質ではない、その結果、臨界電流密度のような超伝導の特性は、超伝導体の異なる領域では異なることがある。
その結果、漏電の場合には、いくつかの領域は、他の領域がまだ超伝導を示していても既に抵抗性を示すようになる。
依然超伝導を示す領域により、超伝導体を高温に導く高電流は、既に抵抗性の領域において増加し、そしてこれらの領域で焼け切れを引き起こす。
このように、クエンチングの間に超伝導体の損傷を避けるために、クエンチング及び、その結果の超伝導体の加熱ができる限り均一及び迅速に生じて、超伝導体が部分的に過熱（ホット・スポット）を受けて超伝導体が熱破壊を受けるのを避けるために十分に短い時間内に、全体として抵抗性を示すようにする必要がある。
【０００６】
この部分的な過熱の問題を解決するために、超伝導体に平常の伝導状態において抵抗がその超伝導材料の抵抗よりも低い通常の導電材料の並列分流器を備えることが知られている。故障及びそれにより突然に温度が上昇する場合には、流れが分流器にバイパスされ、熱は消散される。その過程で分流器の材料が加熱される。
一般に、分流器用の電気伝導材料は、銅または銅合金のような金属である。
【０００７】
例えば、縦軸と平行にその外部表面が覆われている、電気的に伝導性金属のストライブを有し、シリンダーチューブ体の一端から多端に到達している、シリンダーチューブ状の超伝導体から構成されている、抵抗性の電流制限器が提案されている。このような形状の超伝導部品は、特許文献２で言及されている。特許文献３において、抵抗性の高温超伝導電流制限器が開示され、そこで超伝導部品は２本のらせん状形状を有している。
すべてのその巻線に沿って、超伝導材料で作製された２本のらせん状の１つの面上に、分流器のために金属コーティングが適用される。
【０００８】
これらの形態のすべてにおいて、分流器が超伝導体と並行して配置されているので、超伝導体と同様に分流器は、ほぼ同じ長さを有している。
しかしながら、与えられた電圧での電流制限器の必要な最小の長さは、短絡のときに通常の導電性分流器に沿って作用する電場の最大値によって規定される。短絡のときに分流器に作用する電場が最大値を超える場合に、分流器材料の融点を超える温度を伴うような、分流器の加熱が生じるとき、分流器は溶融する。
【０００９】
実例として、通常用いられる分流器材料に適用可能な、最大の電場は約1 Ｖ／ｃｍである。すなわち、もし10ｋＶの電圧が電流制限器に印加される場合、超伝導体の長さは、分流器が故障事象の間に約1 Ｖ／ｃｍにさらされる電場に制限するために、約100ｍでなければならない。
しかしながら、このことは、例えば、高電圧を適用する場合において、高温超伝導体は、相当な長さが必要になり、言い換えるとその結果生ずるコストを伴う多量の材料が必要になる、ことを意味する。
【００１０】
クエンチングを支援するために超伝導電流制限装置の超伝導体に外部磁界を適用することは知られている。このような磁界により、超伝導体の臨界電流密度は減少する、言い換えるとクエンチングを促進する。
これらの装置は、臨界電流密度が磁界の増加と共に減少するという事実を利用する。
特許文献４には、超電流制限装置が開示されており、ここで磁界の発生手段は、超伝導状態にある平常操作の間、電流密度を臨界電流密度以下に維持するために、超伝導エレメントに磁場を発生及び適用するために提供される。
故障事象の際、磁場は調整される、すなわち、磁場は、超伝導エレメントをその抵抗状態にするために、臨界電流密度を減少するために増加される。
【００１１】
特許文献４の１つの態様によると、超伝導エレメントは、該超伝導エレメントに並列して接続される分流コイル内側に配置される。故障事象の際、過電流が分流コイルに強制的に流れ、そして分流コイル内の電流は、超伝導エレメントに作用して臨界電流密度を減少させ、それによりクエンチングを助ける、磁場を発生する。
超伝導エレメントとして、薄いフィルム超伝導材料が半導体基材上に示されている。
この形状によると、超伝導材料の薄いフィルムの層、及び超伝導材料エレメントである基材代替層は、超伝導材料の薄いフィルムの層と基板の層とが積み重ねられた形状である。
しかしながら、この形態の特定の構成、特に超伝導材料エレメントの得られる形状に関する更なる詳細は、示されていない。更に、最近好ましい形状が、非特許文献１に開示されている。ここで２本巻きのコイルは電流制限器用に使用される。
２本巻きの配置により、コイル形状に固有の誘導は小さい。しかし、２本巻きのコイルにおいて電流の入力と出力は共に接近しているので、特に高電圧が適用される場合に、絶縁が問題となる。
【００１２】
【特許文献１】米国特許第5,140,290号明細書
【特許文献２】国際公開00/8657号パンフレット
【特許文献３】独国特許発明第42 34 312号明細書
【特許文献４】米国特許第6,043,731号明細書
【非特許文献１】J.ボック、F.ブロイアー、H.ウォルター、M.ノエ、R.クレンツ、M.クライメル、K.H.ベック、S.エルシュナー著、「10MVAの抵抗性漏電制限器用のMCP-BSCCO 2212の成分の開発および成功した試験」、Supercond. Sci. Technol. 17巻,2004年、p.S122-S126．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上記観点から、本発明の目的は、短時間で短絡している間に超伝導材料に沿って十分に高い電場を形成する、分流器を備えた超伝導電流制限部品を提供することにあり、該超伝導電流制限部品は、簡素で安価な方法で製造することが出来、また短絡の場合に超伝導材料を均一にクエンチするのに十分に高い磁場を形成することが可能である。
更に、本発明の目的は、高電圧の場合でも絶縁することが容易であり、空間をセーブした低誘電エレメントのデザインを備えた超伝導電流制限部品を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
すなわち、本願発明の第１の態様は、（Ｉ）セラミック製高温超伝導材料で作製された第１コイル(1)を含む超伝導電流制限部品であって、該セラミック製高温超伝導材料で作製された第１コイル(1)の外表面周囲に第２のコイル(3)が並列分流器及び同時にトリガーコイルとして配置されていることを特徴とする、超伝導電流制限部品に係る発明である。
更に第１の態様においては、下記（II）ないし（ＸII）の態様とすることができる。
（II）セラミック製高温超伝導材料で作製された第１コイル(1)内部に、セラミック製高温超伝導材料で作製された中空シリンダー体(2)が挿入されていること、
（III）第１コイル(1)と中空シリンダー体(2)が共に同じセラミック製高温超伝導材料で作製されていること、
（IV）セラミック製高温超伝導材料がBi-Ae-Cu-O、(Bi,Pb)-Ae-Cu-O、及び(Y,RE)-Ae-Cu-Oに基づく（ここで、Aeは、Ba、Ca及び／又はSrの１以上を意味し、そして、ここでREは、元素Y又はY、la、Lu、Sc、Sm、NdもしくはYbの２又はそれ以上の組み合わせから選択される希土類元素の１以上を意味する。）セラミック酸化物超伝導体から選択されること、
（Ｖ）上記（IV）において、前記セラミック製高温超伝導材料がBSCCO-2212及びB(Pb)SCCO-2212から選択されること、
（VI）上記（IV）において、前記セラミック製高温超伝導材料がYBCO-123であること、
（VII）第1のコイル(1)及び／又は中空シリンダー体(2)が溶融鋳造成形体から得られること、
（VIII）第1のコイル(1)及び／又は中空シリンダー体(2)がYBCO-123に基づく薄いフィルム（該フィルムはYBCO-123に基づく被覆された伝導体も含む。）から得られること、
（IX）超伝導電流制限部品が更に少なくとも１の支持エレメント(5)を含むこと、
（Ｘ）上記（IX）において、少なくとも１の支持エレメント(5)が第1のコイル(1)と中空シリンダー体(2)の間に配置されていること、
（XI）第２のコイル(3)がラッカー塗装された金属ワイヤーで作製されていること、
（XII）少なくとも１の環状カットが中空シリンダー体(2)の軸に垂直方向にもたらされていること、
尚、更に第１の態様は、（XIII）複数の超伝導電流制限部品が互いに直列及び／又は並列に接続されていることを特徴とする、前記（Ｉ）ないし（XII）のいずれかに記載の超伝導電流制限装置に係る発明とすることができる。
【００１５】
本願発明の第２の態様は、（XIV）セラミック製高温超伝導材料で作製された第１コイル(1)上に第２コイル(3)が並列分流器として備えられていることを特徴とする超伝導電流制限部品の製造方法に係る発明である。
第２の態様においては更に、下記（XV）ないし（XVIII）の態様とすることができる。
（XV）セラミック製高温超伝導材料で作製された第１チューブ上に、セラミック製高温超伝導材料で作製された第２チューブを備え付け、第１コイル(1)を得るために該第２チューブをコイル形状にカットし、そして第1コイル(1)の周囲に並列分流器として第２コイル(3)を配置させること、
（XVI）第１及び／又は第２チューブ用に、溶融鋳造成形体が用いられること、
（XVII）前記セラミック製高温超伝導材料がBSCCO-2212及びB(Pb)SCCO-2212から選ばれることを、
（XVIII）第１及び／又は第２チューブの作製用に、YBCO-123に基づく薄いフィルム（該フィルムはYBCO-123に基づく被覆された伝導体も含む。）が用いられること
【００１６】
すなわち、本発明によると上記課題は、セラミック製高温超伝導材料から製造されるコイルからなる超伝導電流制限部品により解決される。セラミック製の高温超伝導材料から製造されるこの第１コイルの外表面の周りに、分流器として作用し、好ましい磁場を発生させる第２のコイルが配置される。
好ましい態様によると、セラミック製の高温超伝導材料の中空シリンダー体は、最初の超伝導コイル内に導入される。
更なる態様によると、安定化用の支持要素（例えば、第１のコイルとセラミック製の高温超伝導材料から製造された中空シリンダー体の間に）が提供される。
以下、セラミック製の高温超伝導材料から製造される第１コイルを「htscコイル」ということがあり、セラミック製高温超伝導材料から製造される中空シリンダー体を「htscチューブ」ということがある。
【００１７】
[１] htscコイル
本発明によると電流制限部品において、正常な操作(normal operation)の間、基準電流（nominal current flows)は、htscコイルを通して電流が流れる。
本発明によると、同じ部品の高さを有するコイル形状とすることにより超伝導材料長さは、チューブ形状を有する便宜的な電流制限装置の超伝導材料長さと比較して著しく増加させることができる。
例えば、本発明で、超伝導材料長さは同じ部品の高で10倍に増加できる。
故障の場合に、漏電によるhtscコイルに生ずる抵抗は、htscコイルの外表面の周りに配置され、電気的及び物理的にhtscコイルに並列に接続された分流コイルに電流の一部をバイパスさせるようになる。この電流に関連する磁場は、短絡事象の間に超伝導材料を不均一なクエンチにして、超伝導材料を例えばホット・スポット形成に起因する材料崩壊を回避するのに役立つ。
【００１８】
[２] htscチューブ
本発明の分流器のデザインに関する例としては、好ましい100 ｍｓの短絡時間（この値はまたより大きく又は少なくできる）以内で、短絡の間に超伝導材料に沿って例えば１から10 Ｖ/ｃｍ又はそれ以上の高い電場を形成することが可能である。
特定のデザインによると、本発明の超伝導電流制限部品は、自己トリガであり、このことは、電流制限部品が操作の対象又は外部から操作することなく漏電を検出および制限する能力を有している。
【００１９】
好ましい態様によれば、セラミックの高温超伝導材料(htscチューブ)の中空シリンダー体は、htscコイルの内側のキャビティ内に配置させることができる。
平常の操作において、htscチューブと同様にhtscコイルも超伝導状態にあり、そして電流はhtscコイルのみを通って流れる。htscチューブを備えることによって、コイル内部に磁界が発生することに起因してコイル形状に固有のインダクタンスは、大幅に縮小される。
【００２０】
その原理は以下の通りである。
超伝導状態にあるhtscチューブによって、コイルの内部で発生した磁界は、チューブ中の方位電流(azimuthal currents)よって遮断される、また、それ故、インダクタンスは正常な操作中にほとんど0に減少される。更なる態様において、電流が臨界電流を越えるような故障の場合にhtscチューブがhtscコイルのクエンチと同時あるいはほとんど同時に抵抗性を示すように、htscチューブの寸法が決められる。
その結果、htscチューブの超伝導と、それ故に磁場の遮断は、htscコイルの内部で誘導インピーダンスが発生するという結果を伴って消失する。
該htscコイルの誘導インピーダンスは、クエンチによりhtscコイル内でオーム抵抗の一因となる付加抵抗の役割を果たし、また更に短絡電流を低下させる。
【００２１】
[３] 超伝導材料
原則として、本発明は、いかなる好ましいセラミック製超伝導材料をも含めることができる。典型的な例は、Bi-Ae-Cu-O、(Bi,Pb)-Ae-Cu-O、(Y,RE) (Ae-Cu-O)あるいはMgB2に基づいた酸化物超伝導材料を含む。
上記の式において、Aeは、１以上のアルカリ土類元素、特にBa、Ca及び／又はSrを意味する。REは、1以上の希土類元素、特にY又は元素Y、La、Lu、Sc、Sm、NdもしくはYbの２あるいはそれ以上の組み合わせを意味する。
原則として、コイル及びチューブの双方の超伝導材料は、セラミック製バルク材料、厚いフィルムあるいは薄いフィルムで作製することができる。
【００２２】
特に、好ましい超伝導材料の例は、Bi2(Sr,Ca)2Cu1Ox、(Bi,Pb)2(Sr,Ca)2Cu1Ox、(Bi,Pb)2(Sr,Ca)3Cu2OX”、(Bi,Pb)2(Sr,Ca)4Cu3Ox'''、(Y,Re)1Ba2Cu3Oy、(Y,Re)2Ba1Cu1Oy及びMgB2の組成あるいはこれらに近い組成である。上式において、ｘ、ｙ及びｚは、それぞれの化合物が超伝導性を示すほぼ酸素含有量を表わす。
特に好ましい超伝導材料は、引例によって知られている、BSCCO-2212、BSCCO-2223であり、ここで数字の組み合わせ2212及び2223は元素Bi、Sr、Ca及びCuの化学量論比を表わし、これらの中でも特に、Biの一部はPbにより置換されている（B(Pb)SCCO-2212及びB(Pb)SCCO-2223と称される）；及び引例によって知られているYBCO-123である、ここで数字の組み合わせ123は、元素Y、Ba及びCuの化学量論比を表わす。
【００２３】
本発明で最も好適には、BSCCO-2212、B(Pb)SCCO-2212-材料及びYBCO-123が使用される。BSCCO-2212及びB(Pb)SCCO-2212は、セラミックバルクに特に適しており、一方YBCO-123は薄いフィルムに適用される。必要な場合、更なる元素が超伝導材料に含まれていてもよい。
例えば、超伝導材料に基づくBSCCOは、SrSO4及び／又はBaSO4を助剤として20重量％まで、BaSO4が用いられるときは好ましくは約10重量％まで含有させることができる。
このような合成物は、例えば欧州特許出願公開第0 524 442号明細書及び同第0 573 798号明細書（これらについて明記されている）に開示されている。
【００２４】
[４] 超伝導材料の製造
一般に、例えば、上記引例に示されているように、セラミック酸化物の高温超伝導材料、及びそれらの生産用方法は、当該技術分野においてよく知られている。
適切な高温超伝導材料及びそれらの生産方法の概要は、既に示した特許文献２に示されている。
YBCOに基づく超伝導体は、例えば、適切なモル比で、金属酸化物、又は加熱により金属酸化物に変化する化合物を混合し、約800ないし約1100℃の温度で酸素の存在下に混合物を加熱し、そして少なくとも１時間以上酸素の存在下に混合物を穏やかに冷却することにより製造することができる。
【００２５】
BSCCOに基づく超伝導体は、酸化物又は炭酸塩又は個々の元素の適切な混合比にある混合物を混合して調製することができる。続いて、約700ないし900℃の温度で約２ないし２０時間焼成を行い、焼成混合物を粉砕して望ましい形状に変化させ、約800ないし1100℃の温度で半又は完全溶融状態で焼結される。
好ましいBSCCOに基づく合成物及びこれらの製造方法の例は、例えば欧州特許第0 330 305号明細書及び欧州特許出願公開第0 327 044号明細書（これらについて明記されている）に開示されている。
【００２６】
特に好ましい超伝導体は、溶融鋳造法を用いて製造される、特に遠心鋳造法は、例えば独国特許出願公開第38 30 092号明細書、欧州特許出願公開第0 451 532号明細書、同第0 462 409号明細書及び同第0 477 493号明細書（これらについて明記されている）に開示されている。
例えば、欧州特許出願公開第0 462 409号明細書にはチューブ状の超伝導体が開示されている、ここで、酸化物の出発混合物は、900から1100℃の温度で水平の軸の廻りを回転する鋳物ゾーンに予め決められた化学量論量で流し込む。
【００２７】
固化された形状体は、鋳物ゾーンから取り出され、酸素含有雰囲気中で700ないし900℃の温度で4ないし150 時間加熱処理される。このプロセスは、特にBSCCOに基づいた超伝導体に適している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下に、本発明の超伝導電流制限部品の好ましい態様の形状を例示して説明する。
尚、本発明は、これらの例に限定されるものではない。
図１は、本発明の超伝導電流制限部品の好ましい態様の縦断面であり、図２は、前記図１による態様の横断面図である。
【００２９】
図１では、超伝導状態にあるhtscコイル１とhtscチューブ２内の平常運転期間の電流は、矢印による電流の流れ方向６の表示により示される。図１における流れ方向は、ＡＣ電流は流れ方向が変化するのでスナップショットで示されている。
図1の中で示されるように、htscコイル１は、htscチューブ２の1つの端から他方の端へhtscチューブ２の周りに堅く巻きつけられている。更に通常の導電性分流器３は、htscコイル１の外表面の周りに巻きつけらていれる。電流制限器の両端に、電気接点４が備えられており、そこで通常の導電性分流器３は、両端で電気接点４に接続される。
【００３０】
この態様である図２に示すように、支持エレメント５が備えられており、支持エレメント５は、htscチューブ２とhtscコイル１間に配置されている。
次に、本発明の超伝導電流制限部品の単一のエレメントの製造方法を、超伝導電流制限部品の製造と同様に更に詳細に説明する。本発明で用いるhtscコイル１とhtscチューブ２の製造のためには、好ましくは同じ出発物質、及び特に同じ方法が採用される。すなわち、htscコイル１はhtscチューブ２と同様の化学組成を有している。
原則として、htscコイル１とhtscチューブ２は、類似の成形体から出発して得ることができる。
【００３１】
[１] htscチューブ２／htscコイル１
本発明によるとhtscチューブ２及び／又はhtscコイル１用の成形体のための好ましい出発材料は、予備燃焼(pre-firing)、焼結(sintering)又は後アニール(post-annealing)された超伝導材料から製造された成形物である。
高品質の超伝導材料を得るために、原理上、例えば焼成(calcining)、焼結(sintering)又は任意に後アニール(post-annealing)のような予備燃焼(pre-firing)の処理工程を行なう必要がある、これらは、単一工程、又は複数、場合により繰り返し、補助の燃焼工程において行なうことが可能である。
しかしながら、高含有率の１又はそれ以上の超伝導相を含む高品質超伝導材料を出発物質とすることも可能である。
【００３２】
htscチューブ２及びhtscコイル１用の成形体のための好ましい出発の幾何学的形状は、本質的にシリンダー状の外部形状を備えた棒状又はチューブ状である。
固体物品は、機械的な処理によって対応する中空形状体に変更することができる。
成形体は、適切な場合、最大限の均一厚み、特に外表面と同軸のシリンダー状中空体で、を有する必要がある。htscチューブ２にhtscコイル１を備えるために、好ましくは、htscチューブ２用のチューブ状成形体は、htscコイル１を形成するチューブ形状の中空内部に取り入れられる。
【００３３】
更に、前記チューブ状成形体のチューブの長さに加えて外径と内径のような外径寸法は、適切な方法で調整される。前記チューブの容積は、コイルのインダクタンスを最小限にするためにできるだけ大きくする必要がある。すなわち、コイル１の内部キャビティは、可能な範囲でhtscチューブにより満たされるべきである。
一般に、htscチューブ２の外径は、htscコイル１用の管状チューブ状成形体の内径より多少小さくする必要があり、その隙間は、電気的絶縁材料及び／又は接着剤及び／又は機械的固定材（詳細は後述する）を組み込むために必要な幅を有するように形成される。
【００３４】
[２] 支持エレメント
htscチューブ２をhtscコイル１用のチューブ状成形体に結び付けるために用いる接着材料は、同時に断熱材及び／又は支持エレメントとして役立せることができる。
接着剤は、自己硬化の単一もしくは多成分接着混合物（例えばスチレン樹脂、エポキシ樹脂）又は、有機及び／又は無機接着剤と繊維状成分（例えば織布と石膏合成物）に基づいた複合材料のような、低温塗布に適していることが知られているものを使用することができる。
【００３５】
本発明のhtscコイル１は、チューブ状成形体からコイル形状物にカットすることにより得ることができる。例えば、このカットは、のこぎり、フライス加工、ボーリング、回転等の機械的分離プロセスにより行なうことができる。
高温超伝導材料のチューブ状成形体からコイルを製造する適切な方法は、例えば、国際公開第99/22386号パンフレット（これらについて明記されている）に開示されている。
【００３６】
htscコイルは、少なくとも1本の巻線で、htscチューブ２の1つの端から他方の端まで伸びている。コイル形状は、特に制限される物ではなく、必要に応じて、特に最後の超伝導電流制限部品の操作条件を考慮して選択することができる。
例えば、最後の超伝導電流制限部品の実際の操作電流により、巻線とピッチの数は、好ましい横断面及び／又は基準電流を得るために変更してもよい。
【００３７】
[３] 分流コイル
htscコイル１の外表面の周りに巻きつけられる分流コイル（分流コイルとは分流器に使用するコイルをいう。）は、通常の導電性材料、好ましくは金属である。適切な金属は、銅、銅合金、鋼等であり、好ましいのは銅である。
更に、適切な超伝導材料も使用することができる。適切な超伝導材料の例は、テープ状又はワイヤー状であり、例を挙げれば、htscコイル１及びhtscチューブ２に使用する高温超伝導材料材料に関して上述した、BSCCOタイプの材料あるいはYBCOの薄いフィルム（任意に１又はそれ以上の追加及び／又は代替エレメントを用いて）がある。
【００３８】
分流コイル３における早期電流（premature current flow）を避けるために、高接触抵抗あるいは類似の手段が、特に分流コイル３が超伝導材料で作られている場合に、備えられていることが好ましい。
例えば、分流コイル３は、変圧器用に通常使用されるような薄いラッカー層により覆われるワイヤーであり、ラッカーワイヤー又はワニスワイヤーのような銅線から作ることができる。好ましくは、分流コイルのインダクタンスは、短絡の場合に反応時間を最小化するために、できる限り小さくするべきである。
【００３９】
分流コイル３を作製するために、ワイヤーは、htscコイル１の外表面に直接巻きつけることができる。更に、htscコイル１の２本の隣接した巻線間でカットされた空間内にワイヤーを備えることが可能であり、その結果、分流コイルの巻線は、htsc１の巻線と平行して存在する。
更なる態様によれば、分流コイル３は、htscコイル１に離れて巻きつけることができる。このように分流器コイル３とhtscコイル１の間に形成される空間は、改良された冷却、例えば液体窒素を用いる場合に有用である。
【００４０】
[４] スペーサー
この場合、分流コイル３の支持のために、スペーサーを備えることができる。
適切なスペーサーは、電流制限部品の長手方向軸に対して平行又は勾配をもって、電流制限部品の一端から他端に延びている棒状とすることができる。
更に、スペーサーは、適切な電気絶縁材料から作られるチューブ状体にすることができる。この場合、チューブ状のスペーサーに、冷却媒体の流れを可能にするために穴を設けるべきである。
【００４１】
更なる態様によると、分流コイル３は、htscコイル１用のチューブ状成形体を、分流コイル３用の材料の層でコーティングし、次に前記層とhtsc材料をコイル形状物に同時にカットすることにより形成される。前記層は、htscコイル１用のチューブ状成形体の表面上に、チューブ状成形体を堅く固定されたチューブ内に挿入することにより、又はhtscコイル１用のチューブ状成形体の外表面を各材料で封入することにより配置される。
htscコイル１用のコイル形状と同様に、また、例えば巻きとピッチの数のような、分流コイル３のコイル形状は、本発明の最終の超伝導電流制限器の実際の操作条件に合わせて変更することができる。一般に、適切な巻き数は、クエンチの間に達成される望ましい磁束により決定することができる。
【００４２】
[５] 支持エレメント
必要な場合、電流制限装置には、部品を固定するために、１又はそれ以上の支持エレメントを備えることができる。
支持エレメント５としては、例えば電気的に絶縁材料から作製されたチューブ状成形体を図２に示すようにhtscチューブ２とhtsc超伝導コイル１の間に配置することができる。この支持エレメント５は、適当なプラスチック材料、ガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＫ）もしくはカーボンファイバー強化プラスチック、又は他の適当なプラスチック材料から作製することができる。
また、支持エレメントとして、接着剤又は絶縁材料から形成された層を使用することも可能である。好ましくは、上記した接着性材料と同様に支持エレメントは、電流制限器の材料の寸法変化に起因して、冷却に伴う破損を避けるためにhtsc材料の膨張係数に可能な限り近い熱膨張係数を有している必要がある。
更に、外部支持エレメントを適用することも可能である。この場合、例えば、スペーサーは、同時に支持エレメントとしての役割を果たすことができる。
【００４３】
htscチューブ２の臨界電流密度は、htscチューブ２の適切な寸法により、例えば肉厚の調整により、調整することができる。故障の際にhtscコイル１内に流れるサージ電流によりhtscチューブ２内に誘起される電流が予め定めたJcの値を超える場合に、htscチューブ２はその抵抗を増加させる。
htscコイルがクエンチするとき、典型的にはhtscチューブ２が完全に通常の導電性にはならない、ことには注意すべきである。htscチューブ２のJcをhtscコイル１のJcに適合させることによって、同時又はほぼ同時に一方のhtscチューブ２の抵抗増加と他方のhtscコイル１のクエンチを達成することができる。
【００４４】
[６] htscチューブ２の環状のカット
htscチューブ２には短絡事象（クエンチ）後に低い抵抗がまだ残っているので、htscチューブ２を経由した接点４間でアーク・オバー（arc-over）の可能性がある。
本発明によれば、この問題は、htscチューブ２を軸に垂直な1又はそれ以上の環状部分に切断することにより解決できる。
この切断は、htscチューブ２における軸方向のコンダクタンスを遮断する、そのために、その抵抗を増加させることになる。これらの環状のカットによって、遮蔽の性質は全く又は殆ど影響を受けないことが見出された。
電流制限を利用する場合に、本発明による複数の超伝導電流制限部品は互いに直列に及び／又は並列に接続して使用することができる。特別の制限はない。
本発明によると、超伝導電流制限部品の数は、必要に応じて選択することができる。
【００４５】
[７]被覆伝導体の使用
本発明の超伝導電流制限部品の作製のために、また薄いフィルム、例えばYBCOの薄いフィルムに基づく被覆された伝導体（この場合、該被覆された伝導体はYBCOの薄いフィルムが被覆された伝導体であってもよく、また該YBCOの薄いフィルムで被覆した伝導体であってもよい。）を使用することができる。
YBCOからの薄いフィルム及びYBCOの薄いフィルムに基づく被覆伝導体（YBCOの薄いフィルムで被覆して得られる伝導体を含む）の製造法は、当該技術分野でよく知られている（例えば、D.ラバルスチア（Larbalstier）ら著、「電力応用のための高いTcの超伝導材料」、ネイチャー、414巻、2001年11月、p.368-377  参照）。特に、被覆伝導体は、htscコイル１及びhtscチューブ２の製造に使用することができる。
【００４６】
[８] 超伝導電流制限器
本発明の超伝導電流制限器の特定のデザインは、高電圧及び中間の基準電流、例えば1kA以下（しかしこの範囲に制限されるものではない）での適用に特に有用である。本発明の超伝導電流制限器は、AC用に有利に使用することができる。
以下に、本発明は、更に特定の例によってさらに例証されるが、本発明は、この例に制限されるものではない。
【実施例】
【００４７】
本発明による超伝導電流制限器は、以下の条件で操作されるように設計されている：
定格電流：600 Ａ, 3-相
基準電圧：10 ｋＶ
制限電流：定格電流の3〜4倍
【００４８】
htscコイル１:
htscコイル１は、溶融鋳造BSCCO-2212チューブから作製され、外径25ｍｍ、長さ30ｃｍ（40ｍｍの接触部（contact）を備えている）、短絡の場合に電場5Ｖ/ｃｍ、65ＫでJc＝5000Ａ/ｃｍ２を有するものを含む。
詳細は以下の通りである:
600Aの定格電流に要求される臨界電流（DC）≧1000 A
超電流の断面積（コイル１）：1000Ａ/5000 Ａ/ｃｍ2＝20 ｍｍ2
チューブの肉厚:2ｍｍ
コイルのピッチ:10ｍｍ
切断のギャップ:1ｍｍ
巻  数        ：260ｍｍ/11ｍｍ＝23巻数
hts伝導体長さ：23×76ｍｍ＝175ｃｍ
電圧/部品      :175ｃｍ×5Ｖ/ｃｍ＝875ボルト
【００４９】
htscチューブ２:
溶融鋳造BSCCO-2212(htscコイル１に同じ)
誘導電流:23×600Ａ＝13.8ｋＡ
臨界電流：23ｋＡ
チューブの長さ：260ｍｍ
横断面積:23ｋＡ/5000Ａ/ｃｍ2＝460 ｍｍ2
外  径  :19ｍｍ
肉  厚  :460ｍｍ/260ｍｍ＝1.8 ｍｍ
【００５０】
分流コイル３:
材料：htsコイル(1)の外表面に直接巻かれた、銅合金のワイヤー
横断面積:1.5 ｍｍ2
巻  数  :100 
磁  界  :480ｍＴ/ｋＡ
クエンチ後のインピーダンス：約400ｍΩ
上述した相毎の操作条件に対し、上記した組成の７つの超伝導電流制限部品は、次の式から、直列に接続される。 10 kV/Sqrt 3=5770 V.
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の超伝導電流制限部品の好ましい態様の縦断面
【図２】図１による態様の横断面図
【符号の説明】
【００５２】
１  htsc コイル
２  htsc チューブ
３  通常の伝導性材料の分流コイル
４  電気接続部
５  支持エレメント
６  基準電流の流れ方向（スナップショット）
【図１】
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【図２】
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【外国語明細書】
1. Title of Invention
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2. Detailed Description of Invention
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3. Brief Description of Drawings
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1. Abstract
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2. Representative Drawings
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